Excitons in organic semiconductors

In this article, excitonic effects in organic semiconductors investigated within the framework of many-body perturbation theory are reviewed. As an example for this technologically relevant class of materials the oligoacene series is studied. The electron–hole interaction is included by solving the Bethe–Salpeter equation for the electron–hole Green's function. This approach allows for the evaluation of the exciton binding energies, which are of major interest concerning the application in organic opto-electronic devices. We start the discussion with a comparison of the Kohn–Sham band structure with recent angular resolved photo-emission data. Starting from this one-electron band structure we focus on the impact of the electron–hole interactions on the optical properties by solving the Bethe–Salpeter equation. We demonstrate the dependence of the exciton binding energy on the molecular size and emphasize the effect of the intermolecular interaction on the exciton binding energies by means of pressure investigations. To cite this article: P. Puschnig, C. Ambrosch-Draxl, C. R. Physique 10 (2009).

RésuméCet article passe en revue les effets excitoniques dans les semiconducteurs organiques dans le cadre de la théorie des perturbations à N particules. À titre d'exemple de cette classe de matériaux technologiquement importants, nous étudions la série des oligoacènes. L'interaction électronique est prise en compte en résolvant l'équation de Bethe–Salpeter pour la fonction de Green électron–trou. Cette approche permet l'évaluation des énergies de liaison électron-trou, qui sont d'importance majeure pour les applications aux dispositifs opto-électroniques. Nous commençons la discussion en comparant la structure de bande de Kohn–Sham avec des résultats récents de photoémission résolue en angle. En partant de la structure de bande à un électron, nous détaillons l'impact des interactions électron–trou sur les propriétés optiques en résolvant l'équation de Bethe–Salpeter. Nous démontrons que l'énergie de liaison de l'exciton dépend de la taille de la molécule et nous soulignons l'effet de l'interaction intermoléculaire sur les énergies de liaison excitoniques en nous appuyant sur des études en pression. Pour citer cet article : P. Puschnig, C. Ambrosch-Draxl, C. R. Physique 10 (2009).